NUR 178

0 1 2 3 4 / 08 07 06 05 04

NUR 178

©WKB n.v., Wolters Plantyn, Mechelen Alle rechten voorbehouden. Behoudens de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen mag niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, op welke wijze ook, zonder de uitdrukkelijke voorafgaande en schriftelijke toestemming van de uitgevers. ISBN 90 301 8149 4

D2004/0032/133

Voorwoord

Automatisatie is een nieuw vak in de derde graad van de studierichting Elektrische Installatietechnieken. In het eerste deel van het project “Automatisatie” komen de eerste twee domeinen van het nieuwe vak aan bod: Digitale Technieken en Programmeerbare sturing. Alhoewel het handboek geschreven is voor de leerlingen van Elektrische Installatietechnieken, kan het ook gebruikt worden in richtingen waarin Automatisatie en PLC-technieken onderwezen moeten worden zoals: Elektro-Mechanica, Elektriciteit-Elektronica. Het concept speelt in op de trend naar “zelfstandig leren” en er is rekening gehouden met de pedagogische richtlijnen van de nieuwste leerplannen. Doordat allerlei verwerkingsvormen mogelijk zijn, is het concept bruikbaar voor verschillende leervormen en onderwijsvormen. Het leent zich ook tot zelfstudie en kan geïmplementeerd worden bij bedrijfsopleidingen. In de cursus wordt op een betrekkelijk laag niveau gestart en geleidelijk evolueert men naar moeilijkere leerstofelementen. Hierdoor is het enerzijds mogelijk dat de betere leerlingen vrij vlot de leerstof kunnen verwerken, anderzijds is het mogelijk dat zelfs leerlingen van een beroepsafdeling eveneens op hun eigen tempo de leerstof aankunnen. Het project “Automatisatie” is een modern concept waarin klassiek onderwijs verweven is met E-learning. Het omvat drie luiken: · Een handboek · Powerpointpresentaties · Een website Het handboek is het instrument om te studeren. Het bevat de leerstof in begrijpbare taal. Oefeningen kunnen in het handboek opgelost worden. Elk leerstofdeeltje begint met de doelstellingen. Naast het handboek is er een powerpointpresentatie die de leraar kan gebruiken om de les te ondersteunen. Het voorbereidingswerk van de leraar wordt daardoor tot een strikt minimum herleid. De powerpointpresentaties bevatten links zodat de leraar vlot kan “surfen” naar een bepaalde dia hetgeen tijdwinst betekent bij remediëring of bij het herhalen van bepaalde leerstofelementen. Op de website vind je de figuren eventueel met animatie, extra informatie, foto’s, extra oefeningen en leerstofuitbreidingen. Op de website kan de leerling de oplossing van de extra oefeningen oproepen met een muisklik.

DEEL A: Digitale technieken

DEEL A

PROGRAMMEERBARE STURING

1 Informatieverwerking 1.1 Blokschema informatieverwerking DOELSTELLINGEN 1 2 3 4 5 6

Uitleggen wat het doel van actoren is. Vier voorbeelden van actoren opsommen. Uitleggen wat het doel van signaalgevers is. Zes voorbeelden van signaalgevers opsommen. De functie van het besturingsgedeelte toelichten. In een blokschema de signaalverwerking van een proces voorstellen.

1.1.1 Opbouw van een automatisch proces Een automatisch proces kun je in 2 delen opsplitsen: • Het besturingsgedeelte • Het operatief gedeelte

OPDRACHTEN INFORMATIE

BESTURINGSGEDEELTE

OPERATIEF GEDEELTE Fig. 1 Geautomatiseerd systeem

10

DEEL A


Het besturingsgedeelte bevindt zich in een schakelkast. Via geleiders staat het besturingsgedeelte in verbinding met het operatief gedeelte.

1.1.2 Informatieverwerking met actoren en signaalgevers Het besturingsgedeelte geeft opdrachten of commando’s aan het operatief deel waardoor actoren zoals motoren, persluchtventielen en dergelijke in- of uitgeschakeld worden. Actoren zetten de commando’s om in acties zoals de beweging van een deel, verwarming van een grondstof, verhoging van de druk enz. Signaalgevers meten en controleren allerlei grootheden en toestanden zoals druk, temperatuur, stand van een deel. Die informatie wordt naar het besturingsgedeelte verzonden. Hier wordt de informatie verwerkt en worden de juiste beslissingen genomen zodat de juiste commando’s kunnen gegeven worden. De opdrachten of de commando’s die naar de actoren gaan kun je ook beschouwen als informatie voor de actoren.

1.1.3 Blokschema informatieverwerking In het volgend blokschema wordt de informatieverwerking van een proces voorgesteld.

BESTURING signaalgevers

drukknop naderingsschakelaar druksensor temperatuursensor scanner camera

verwerking van de informatie PLC soft-PC PC

actoren

motor ventiel lamp verwarming

Fig. 2 Blokschema informatieverwerking

11

DEEL A


2 Verschil tussen digitale en analoge informatie 2.1 Onderscheid digitale en analoge informatie DOELSTELLINGEN 1 Het onderscheid tussen digitale en analoge informatie verklaren. 2 Een digitaal en een analoog signaal en een signaaltijdsdiagram voorstellen.

2.1.1 Digitale signaalverwerking Bij digitale informatie kunnen maar twee toestanden voorkomen. Enkele voorbeelden: • Een signaal (spanning) is aanwezig of is niet aanwezig. • Een schakelaar is gesloten of open. • Een verbruiker is in werking of is uitgeschakeld. • Een temperatuur is bereikt of is niet bereikt. • Een druk is bereikt of is niet bereikt. We spreken van toestand 1 (= IN) of toestand 0 (= UIT).

1

0

Fig. 3 Digitaal signaal

2.1.2 Analoge signaalverwerking Analoge signalen kunnen allerlei waarden aannemen tussen bepaalde grenzen. Enkele voorbeelden: 0 – 20 mA 4 – 20 mA 0 – 10 V 4 – 10 V Analoge signalen komen meestal van signaalomvormers. Zo wordt bij een temperatuurmeting een temperatuur omgezet in een spanning.

12

DEEL A


Een gemeten snelheid komt bijvoorbeeld overeen met een bepaalde spanning tussen 0 en 10 V. De commandosignalen kunnen ook analoog zijn. Een actor kan dan een actie in een juiste proportie ondernemen. Een motor zal dan met een gepaalde snelheid aangestuurd worden, een verwarmingsweerstand wordt op een lagere spanning ingeschakeld. Analoge signaalverwerking gebeurt meestal via een regelsysteem.

10 V

0

Fig. 4 Analoog signaal

2.2 Bit - Byte - Woord DOELSTELLINGEN 1 De begrippen bit, byte en woord omschrijven. 2 Een bit, byte en woord onderscheiden bij digitale informatie.

Het decimaal getal 19 bestaat uit twee cijfers (1 en 9). Het binaire getal 00110101 bestaat uit 8 bits (8 cijfers). Een elementje 0 of 1 noem je een BIT. Een geheel van 8 bits noem je een BYTE. Een geheel van 16 bits noem je een WOORD. Een woord bestaat dus uit twee bytes.

bit

0

bit

1

byte

0 0 1 0 1 0 0 1

woord

0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1

Fig. 5 Bit, byte, woord

13

DEEL A


Oefening 1: Vul in: bit, byte, woord

1100100100011101

Fig. 6 Oefening bit, byte, woord

2.3 Meerbitsinfo DOELSTELLINGEN 1 Het belang van meerbitsinfo toelichten. 2 Het verband tussen meerbitsinfo en het aantal combinaties aantonen.

2.3.1 Onderscheid 1 bit- en meerbitsinformatie Informatie die uit één bit bestaat is erg beperkt. Er zijn maar twee verschillende informatiegegevens mogelijk: 0 of 1. Om de toestand van een eenvoudige schakelaar of sensor weer te geven is dit juist voldoende omdat een schakelaar maar twee mogelijke toestanden heeft, nl. gesloten of open. Om waarden van een meting zoals temperatuur, druk, hoekverplaatsing e.d. te verzenden heb je meer mogelijkheden, dus meer bits nodig. Als je via één of een beperkt aantal geleiders informatie wilt versturen van verschillende signaalgevers en naar verschillende actoren (zoals bij bussystemen), dan heb je ook veel meer bits nodig om voldoende onderscheid tussen de verschillende deelnemers te krijgen.

14

DEEL A


2.3.2 Verband aantal bits en aantal gegevenscombinaties

2

1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

2

3

4

aantal mogelijkheden

mogelijkheden

aantal bits


mogelijkheden

aantal bits


mogelijkheden

0

aantal bits

mogelijkheden

1


aantal bits

In de tabel gaan we na hoeveel verschillende informaties je kunt geven met een aantal bits:

4

8 Tabel 1

Het aantal mogelijkheden kun je bepalen met de formule:

2

n

1 bit: 21 2 bits : 22 3 bits : 23

= 2 mogelijkheden = 4 mogelijkheden = 8 mogelijkheden

15

DEEL A


Oefening 2: Vul tabel 1 aan voor 4 bits en controleer het gevonden aantal mogelijkheden met de formule: 2n Aantal mogelijkheden: Oefening 3: Hoeveel mogelijke informaties kun je verzenden met het aantal bits? 6 bits: 8 bits: 16 bits: 32 bits: Oefening 4: Hoeveel verschillende informaties kun je verzenden met: een byte : een woord:

2.4 Seriële transmissie en paralleltransmissie DOELSTELLINGEN 1 Met behulp van een figuur verduidelijken hoe seriële dataoverdracht gebeurt. 2 Met behulp van een figuur verduidelijken hoe parallelle dataoverdracht gebeurt. 3 De voor- en nadelen van seriële en paralleltransmissie toelichten.

Om meerbitsinfo te verzenden kun je gebruik maken van seriële overdracht of parallelle overdracht.

2.4.1 Seriële transmissie Bij seriële transmissie worden al de bits achter elkaar door de zelfde geleider gestuurd. Omdat een 0 of een 1 met een bepaald spanningsniveau overeenkomt, heb je twee geleiders nodig: een datageleider en een GND-geleider (GND = ground).

zender

00111010 GND

ontvanger

Fig. 7 Seriële transmissie

16

DEEL A


2.4.2 Parallelle transmissie In figuur 7 wordt één byte (00111010) serieel verzonden. In figuur 8 wordt dezelfde byte via een parallelle verbinding verstuurd. Bij een parallelle transmissie is er per bit één datalijn. Om een byte te versturen zijn dus minstens 9 geleiders nodig, 8 datalijnen en één GND.

0 0 1 1 zender

ontvanger

1 0 1 0 GND

Fig. 8 Parallele datatransmissie Bij een parallelle verbinding wordt de informatie sneller verzonden. Het nadeel is dat je meer geleiders nodig hebt. Oefening 5: Hoeveel geleiders heb je minstens nodig om informatie onder de vorm van woorden te versturen? Bij een seriële verbinding: Bij een parallelle verbinding:

2.5 Digitaliseren van een analoog signaal DOELSTELLINGEN 1 Met een figuur het verschil tussen een analoge informatie en gedigitaliseerde informatie verduidelijken. 2 Met behulp van een voorbeeld het verband verklaren tussen de nauwkeurigheid en het aantal bits dat gebruikt wordt bij het digitaliseren van een analoog signaal. Bij een analoog signaal zijn al de waarden mogelijk. Om dergelijk signaal in een besturingssysteem te verwerken, moet het omgezet worden in een digitaal signaal. De elektronische schakeling die deze omvorming doet noemt men een AD-omvormer of een AD-converter.

17

DEEL A


In de volgende figuur is het analoog signaal van een spanning voorgesteld door de vloeiende lijn. Na omzetting naar een digitaal signaal zijn alleen de spanningswaarden van de punten beschikbaar. Het analoog signaal wordt in stapjes van 1 V weergegeven. Er zijn maar een beperkt aantal waarden mogelijk (bv. 0, 1, 2, 3,…10 V).

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

Fig. 9 Omzetting analoog – digitaal De omzetting heeft tot gevolg dat een digitale waarde niet overeenstemt met de werkelijke analoge waarde. Op het ogenblik t1 is de spanning 5,5 V, de digitale uitlezing geeft een waarde van 5 V. Als men een nauwkeuriger resultaat wilt, moet men het analoog signaal in kleinere stapjes opsplitsen. Er zullen dus meer vakjes moeten zijn. Maar vermits elk stapje door een digitaal getal moet voorgesteld worden, zal bij een hogere nauwkeurigheid de informatie uit meer bits moeten bestaan. Uit tabel 1 kun je afleiden dat je bij een informatie van 2 bits (b0 en b1) je 4 mogelijke informaties kunt vormen. Je kunt het analoog signaal dus in maximum 4 spanningen weergeven. Als je 3 bits gebruikt, kun je al 8 verschillende spanningen bekomen. Om het analoog signaal in 10 blokjes te verdelen, zul je dus meer dan 3 bits ter beschikking moeten hebben. In figuur 10 zie je hoe een analoog signaal omgezet wordt in een digitaal signaal. Op het ogenblik t1 bedraagt de spanning 5,4 V. Die spanning omgezet in een 2-bits informatie geeft 01. Op het display van het meettoestel zal een spanning van 3,33 V verschijnen. digitale informatie

b1 b0

AD-converter

1

1

10

1

0

6,66

0

1

3,33

0

0

0

b1

A D

b0

1

2

3

4

5

6

7

Fig. 10 AD-omzetter met 2 bits

18

DEEL A


Oefening 6: Hoeveel bits heb je minstens nodig om een analoog signaal om te zetten in 10 blokjes? Verklaar je antwoord.

Oefening 7: Hoe groot zijn de blokjes als je een analoog signaal van 0 – 10 V omzet in digitale 3-bits-informatie? Stel dit in een tabel voor zoals in figuur 10.

b2

b1

b0

Spanning (V)

1

1

1

10

Tabel 2 Analoog signaal in 3-bitsinformatie

2.6 Encoder en decoder DOELSTELLINGEN 1 Verklaren wat het verschil is tussen een encoder en een decoder. 2 Drie voorbeelden van encoders geven. 3 Twee voorbeelden van decoders geven. Een encoder is een schakeling die een decimale waarde omzet in een binaire code. Een decoder zet die code terug om in een decimaal getal.

19

DEEL A


Een draaischakelaar of een duimwielschakelaar stel je in op een bepaalde decimale waarde, de encoder zet dat getal om in een aantal nullen en enen. De informatie die je via het toetsenbord van een rekenmachine, een pc of een operation panel ingeeft, wordt door een encoder omgezet in een binaire code.

Fig. 11 Omzetting naar een digitaal signaal Een digitale code die wordt omgezet in een 7-segmentendisplay gebeurt met een decoder. Het digitaal signaal dat naar een printer gestuurd wordt, wordt gedecodeerd zodat er letters en cijfers geprint kunnen worden.

Fig. 12 Omzetting naar een decimale waarde

20

DEEL A


3 Getalstelsels 3.1 Decimaal DOELSTELLINGEN 1 Het begrip decimaal als tiendelig talstelsel omschrijven.

Getallen kunnen volgens verschillende methoden worden voorgesteld. De methode waarmee we het meest vertrouwd zijn, is deze van het decimaal of tiendelig stelsel. Het tiendelig stelsel bestaat uit 10 symbolen of cijfers van 0 tot en met 9. Om een getal te vormen plaats je verschillende cijfers na elkaar, bijvoorbeeld het getal 637. Een decimaal getal kun je als volgt ontleden: 6.102 + 3.101 + 7.100 = 600 + 30 +7 = 637 Hierbij noemt men 10 het grondgetal. 6,3,7 zijn de coëfficiënten. Oefening 8: Ontleed de decimale getallen in grondtallen en coëfficiënten. 10: 55: 1958: 2004:

3.2 Binair DOELSTELLINGEN 1 Het begrip binair als tweedelig talstelsel omschrijven.

Het binaire of tweedelige stelsel heeft maar 2 symbolen of cijfers: 0 en 1 Ook hier plaats je een aantal symbolen na elkaar om een getal te bekomen, bijvoorbeeld 11010 Een tweedelig stelsel heeft als grondgetal 2. 1.24 + 1.23 + 0.22 + 1.21 + 0.20 = 16 + 8 + 0 + 2 + 0 = 26 (in decimale waarde)

21

DEEL A


Oefening 9: Ontleed de binaire getallen in grondtallen en coëfficiënten. 100: 001: 1010:

11111:

3.3 Hexadecimaal (U) DOELSTELLINGEN 1 Het begrip hexadecimaal als zestiendelig talstelsel omschrijven.

Het hexadecimale of zestiendelige stelsel heeft 16 symbolen: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Een zestiendelig stelsel heeft als grondgetal 16. De coëfficiëntwaarden van de symbolen A, B, C, D, E en F zijn in volgorde: 10, 11, 12, 13, 14 en 15. Enkele voorbeelden van hexadecimale getallen: 12 = 1.161 + 2.160 = 16 + 2 = 18 D12= 13.162 + 1.161 + 2.160 = 3328 + 16 + 2 = 3346 (in decimale waarde) Oefening 10: Bereken de decimale waarde van de hexadecimale getallen 1FF:

5EA3:

C123D:

22

DEEL A


3.4 Omvormen van getallen DOELSTELLINGEN 1 2

Een decimaal getal naar een binair getal omrekenen. Een binair getal naar een decimaal getal omrekenen.

3.4.1 Omrekenen van decimaal naar binair We willen het decimale getal 100 omvormen naar een binair getal. Methode 1 We delen het getal steeds door 2 en noteren de rest. 100:2 = 50 rest = 0 50:2 = 25 rest = 0 25:2 = 12 rest = 1 12:2 = 6 rest = 0 6:2 = 3 rest = 0 3:2 = 1 rest = 1 1:2 = 0 rest = 1 Het binaire getal is dan: 1100100 Methode 2 Je zoekt welke machten van 2 er in het decimale getal kunnen. Je begint met een zo groot mogelijke macht. 100 - 26 36 - 25 4 - 24 4 - 23 4 - 22 0 - 21 0 - 20

= = = = = = =

100 – 64 36 – 32 4 – 16 4–8 4–4 0–2 0–1

= 36 = 4 gaat niet gaat niet = 0 = 0 = 0

1 1 0 0 1 0 0

Het binaire getal is dan: 1100100 Oefening 11: Vorm de decimale getallen om tot een binair getal. Je mag een van beide methodes kiezen. 10:

23

DEEL A


55:

158:

3.4.2 Omrekenen van binair naar decimaal We vormen het binaire getal 0010011 terug om naar decimaal. Het resultaat zou 100 moeten zijn. Elke bit geven we een waarde. Die waarde is een macht van 2 (20, 21, 22, 23 enz). We tellen die waarden op. De rechtse bit noemen we de minst beduidende bit, of de bit met de laagste waarde. Die krijgt de waarde 20, de volgende bits, krijgen een hogere waarde, dus een hogere macht van 2. 1 1 0 0 1 0 0 6 5 4 3 2 1 1.2 + 1.2 + 0.2 + 0.2 + 1.2 + 0.2 + 0.20 64 + 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 0

= = = 100

Oefening 12: Vorm de binaire getallen om tot een decimaal getal. 111: 0101:

24

DEEL A


00000101: 111000:

3.5 BCD-code DOELSTELLINGEN 1 Een decimaal getal naar een BCD-code omrekenen.

De BCD-code is een manier om getallen weer te geven. We bouwen de BCD-code op van het decimaal getal 359. Elk decimaal cijfer stel je voor door een binair getal van 4 bits. Die 4 bits krijgen elk een waarde 8,4,2 of 1. De rechtse bit krijgt de kleinste waarde. Als je de waarde van de 4 bits optelt, krijg je het decimale cijfer als resultaat.

waarde van de bits:

8 4 2 1

359

0 0 1 1

0 1 0 1

1 0 0 1

2+1

4 + 1

8

=3

=

=

5

+

1 9

Fig. 13 BCD-code van 359 Oefening 13: Vorm de decimale getallen om naar een BCD-getal. 1: 11: 123: 456: 100:

25

DEEL A


1958: 2004:

Oefening 14: Vorm het binaire getal om tot een BCD-code. 11:

110:

0101:

11111:

3.6 Omvormingstabel DOELSTELLINGEN 1 2 3 4

Een decimaal getal naar een binair getal omvormen met een tabel. Een binair getal naar een decimaal getal omvormen met een tabel. Een decimaal getal naar een BCD-code omvormen met een tabel. Een BCD-code naar een decimaal getal omvormen met een tabel.

In volgende tabel kun je de getallen onder decimale, binaire, in BCD en hexadecimale vorm vergelijken van 0 tot 20.

26

DEEL A


OMZETTINGSTABEL decimaal

binair

BCD

hex

0

0000

0000

0

1

0001

0001

1

2

0010

0010

2

3

0011

0011

3

4

0100

0100

4

5

0101

0101

5

6

0110

0110

6

7

0111

0111

7

8

1000

1000

8

9

1001

1001

9

10

1010

0001 0000

A

11

1011

0001 0001

B

12

1100

0001 0010

C

13

1101

0001 0011

D

14

1110

0001 0100

E

15

1111

0001 0101

F

16

1 0000

0001 0110

10

17

1 0001

0001 0111

11

18

1 0010

0001 1000

12

19

1 0011

0001 1001

13

20

1 0100

0010 0000

14

Tabel 3 Omvormingstabel: decimaal, binair, BCD en hexadecimaal Met deze tabel is het gemakkelijk om het even welk decimaal getal om te vormen naar een BCDcode. Bijvoorbeeld het decimaal getal 128. In kolom 1 en 2 lees je af wat de BCD-code is van de cijfers 1, 2 en 8. Dit geeft: 0001 0010 1000 Het omrekenen van BCD naar decimaal is ook eenvoudig. Bijvoorbeeld de BCD-code 0101 1000 0010. In kolom 3 lees je de binaire waarde af van elk groepje van 4 bits. 0101 geeft 5 1000 geeft 8 0010 geeft 2 Het decimaal getal is 582.

27

DEEL A


Oefening 15: Vorm met behulp van de tabel het decimale getal om tot een BCD-code. 457: 2958: 103: 10101:

28

DEEL B: PROGRAMMEERBARE STURING

DEEL B


1 Fundamentele opbouw van een PLC 1.1 Wat is een PLC? DOELSTELLINGEN 1 De benaming PLC verklaren. 2 Vijf voordelen van een PLC-schakeling ten opzichte van een bedrade schakeling opsommen.

1.1.1 Verklaring benaming PLC De naam PLC is een afkorting van de Engelse benaming “Programmable Logic Controller”. In het Nederlands betekenen die woorden: • Programmable: programmeerbaar, • Logic: logisch, het verwerken van de ingangssignalen gebeurt volgens de logica. Een schakelelement geeft een signaal = 1. Geen signaal = 0, • Controller: een toestel dat een proces volgens een bepaald programma stuurt. Een PLC is een toestel dat je kunt programmeren. Volgens het ingebrachte programma kan een machine of een proces gestuurd worden.

ingangen (schakelelementen of signaalgevers)

uitgangen (verbruikers of actoren)

PLC

Fig. 1 Bij dit voorbeeld zijn er drie schakelelementen aan de ingangen van de PLC en twee verbruikers aan de uitgangen van de PLC aangesloten. Wanneer de verbruikers werken, hangt af van het programma.

30

DEEL B


1.1.2 Enkele voordelen van een PLC t.o.v. een bedrade schakeling • Een PLC neemt veel minder plaats in. • Het aansluiten neemt veel minder tijd in beslag omdat er onderling tussen de signaalgevers en actoren geen verbindingen moeten gemaakt worden. De link tussen al de toestellen wordt softwarematig gerealiseerd. • Een relaisschakeling kan enkel de machine sturen waarvoor die schakeling gebouwd is. • Je kan het proces eenvoudig beïnvloeden (bv. tijden, schakelvoorwaarden e.d. veranderen). • Het is eenvoudig het proces te volgen via de monitor van de PLC. • Een PLC heeft een langere levensduur omdat er geen bewegende contacten zijn. Een PLC is daardoor ook bedrijfszekerder. • Een PLC is relatief goedkoop omdat de installatie kleiner is en ook omdat de realisatie minder arbeidsintensief is.

1.2 Algemene opbouw van een PLC DOELSTELLINGEN 1 In een algemeen blokschema de belangrijkste delen van een PLC weergeven en vermelden waar je schakelelementen en verbruikers op aansluit. 2 Vijf signaalgevers opsommen die je op de PLC-ingangen kunt aansluiten. 3 Vier actoren opsommen die je op de PLC-uitgangen kunt aansluiten. 4 De functie van de CPU toelichten en de letters van het woord CPU verklaren (in het Engels en in het Nederlands).

1.2.1 Blokschema van een PLC Belangrijkste delen van de PLC: • • • • • • • • •

Ingangen (inputs) Uitgangen (outputs) Centrale verwerkingseenheid (CPU) Datageheugen (Datamemory) Programmageheugen (Programmemory) Ingangsbuffer (PII) Uitgangsbuffer (PIQ) Programmeertoestel (bv. PC) Voeding (PS – Power Supply)

31

DEEL B


voeding

programmageheugen

datageheugen

proces actoren

signaalgevers ingangen

P I I

P I Q

CPU

uitgangen

programmeertoestel

Fig. 2 Algemeen blokschema van een PLC Op de ingangen kun je allerlei signaalgevers of schakelelementen aansluiten zoals drukknoppen, eindstandschakelaars, sensoren, thermostaten, niveaumeters, positie-opnemers enz. Op de uitgangen kun je actuatoren of verbruikers met een beperkt vermogen aansluiten. Voorbeelden: controlelampen, relais, contactoren, ventielen, interfacemodules, opto-koppelaars. In de centrale verwerkingseenheid of CPU (Central Proces Unit) gebeurt de verwerking van het programma. Het PLC-programma wordt opgeslagen in het programmageheugen. In het datageheugen worden onder andere de toestanden van timers en tellers en verwerkingsresultaten opgeslagen. De ingangsbuffer PII slaat de toestanden van de ingangen op. (Het doel hiervan leer je later.) De uitgangsbuffer PIQ slaat de toestanden van de uitgangen op. (Het doel hiervan leer je later.) Met het programmeertoestel kun je het programma intoetsen. Je kunt er wijzigingen mee aanbrengen en je kunt het proces volgen. De voeding dient om al de elektronische blokken te voorzien van een gestabiliseerde gelijkspanning.

www

32

• Foto’s van PLC’s • Info over de verschillende geheugens (ROM, RAM, EPROM, EEPROM, Flashkaart) vind je op de website!

DEEL B


1.2.2 Bouwvormen van de PLC

www

Info over de verschillende bouwvormen (monoblok, modulaire PLC) vind je op de website!

SIMAIC

CPU Diagnostics (LED’S) Signaalfout Batterijfout 5V-voeding Run en Stop

S7-300

Siemens

Flexible Labels Labels om adressen van inen uitgangen op te schrijven

Wide Range of Modules Digitale en analoge ingangsen uitgangseenheden, speciale functieblokken, ...

Power Supply (LED’s) LED’s die de toestand van de voeding weergeven

Power Supply Voedingsbron 230 V → 24 V DC

Supply Voltage Uitgang 24 V DC voor aansluiting ingangen e.d. (achter deurtje)

Battery Back-Up Bufferbatterij (achter deurtje)

Multi-Point Interface (MPI) Om verbinding met PC te maken (achter deurtje)

Firmware Plaats voor speciale modules (bv. geheugen)

Mode Switch Sleutelschakelaar Stop / Run / Res

Fig. 3 Opbouwvoorbeeld PLC

1.3 Soorten inen uitgangen DOELSTELLINGEN 1 Uitleggen hoe een adres voor een in- of uitgang opgebouwd is. 2 Uitleggen hoe de bytenummering voor in- of uitgangen opgebouwd is bij een Siemens PLC S7-300. 3 Als de opbouw van een PLC gegeven is, de inen uitgangen adresseren en de ingangen aansluiten op schakelelementen. 4 Het verschil uitleggen tussen digitale en analoge inen uitgangen.

33

DEEL B


1.3.1 Opbouw van een adres voor inen uitgangen Voor de adressering van de inen uitgangen maakt men meestal gebruik van de binaire taal. Acht ingangen vormen een ingangsbyte. Acht uitgangen vormen een uitgangsbyte. Ingangen herken je aan de letter I (Input). Uitgangen herken je aan de letter Q (Quit). (De O van output wordt niet gebruikt omdat die letter voor een andere functie gebruikt wordt.) Achter de letters I en Q staat een soort volgnummer. Voorbeelden: I 0.0 I 124.2 Q 125.7 Q 1.1 Het eerste getal duidt op de byte waar die in- of uitgang toe behoort. Het tweede cijfer duidt de bit aan. De bits zijn genummerd van 0 tot 7. (Dat zijn er dus 8; 8 bits in een byte.) I 0.3 betekent: ingang nummer 3 van byte 0. Q 124.0 betekent: uitgang 0 van byte 124. Elke ingangsbyte kan 8 ingangen hebben van 0 tot 7. Elke uitgangsbyte kan 8 uitgangen hebben van 0 tot 7.

1.3.2 Opbouw van de PLC “Siemens” S7-300 De PLC waarop we oefenen is een monoblok die modulair uitbreidbaar is. De inen uitgangen van de basismodule hebben de bytes 124 en 125 toegewezen. Bij de vaste inen uitgangen komen die bytes 124 en 125 zowel bij de in- als uitgangen voor. Dit zijn de twee laatste bytenummers die bij die PLC gebruikt worden. (Het aantal inen uitgangen kan verschillen van type tot type.) Ingangen: I 124.0 t.e.m. I 124.7 I 125.0 t.e.m. I 125.7 Uitgangen: Q 124.0 t.e.m. Q 124.7 Q 125.0 t.e.m. Q 125.7 De inen uitgangsmodules die aangebouwd worden krijgen de bytenummers vanaf 0. Bij die losse ingangsen uitgangsmodules kun je niet twee keer hetzelfde bytenummer hebben voor inen uitgangen.

34

DEEL B


Als we bijvoorbeeld achter de basismodule achtereenvolgens twee ingangsbytes en dan twee uitgangsbytes plaatsen, dan worden de adressen: I 0.0 tot I 0.7 I 1.0 tot I 1.7 Q 2.0 tot Q 2.7 Q 3.0 tot Q 3.7

C P U

I

I

Q Q

1 2 4

1 1 2 2 5 4

1 2 5

basismodule

I

I

Q Q

0

1

2

3

uitbreidingsmodules

Fig. 4 Adressering van de modules van een Siemens PLC S7-300

Op steekplaats 0 bevinden zich 8 ingangen. Die vormen dus één BYTE nl. byte 0. We zeggen ingangsbyte 0 of IB0. Byte 0 heeft 8 ingangen. Op die 8 ingangen kunnen we schakelaars aansluiten die al of niet een signaal (1 of 0) doorgeven.

C P U

I

I

Q Q

1 2 4

1 1 2 2 5 4

1 2 5

I

I

Q Q

0

1

2

3

Q 3.0 t.e.m. Q 3.7 I 0.0 t.e.m. I 0.7 Q 124.0 t.e.m. Q 124.7 I 124.0 t.e.m. I 124.7

Fig. 5 Ingangsbyte en uitgangsbyte

35

DEEL B


1.3.3 Opbouw van de PLC “Siemens” S5-100

www

Info op de website!

1.3.4 Digitale of analoge inen uitgangen 1 Digitale signaalverwerking Bij een digitale PLC-ingang heb je meestal toestand 0 als er geen spanning aan die ingang is. Toestand 1 heb je als er 24 V aan die ingang geschakeld is. (Bij sommige PLC’s komt O V overeen met toestand 1.) Bij een digitale PLC-uitgang wordt een verbruiker ingeschakeld als die uitgang toestand 1 heeft. De PLC schakelt dan inwendig een contact of stuurt een spanning van 24 V naar die uitgang, afhankelijk van welk soort digitale uitgangen de PLC heeft. In het eerste geval zijn het relaisuitgangen. In het tweede geval transistoruitgangen. 2 Analoge signaalverwerking De signalen die aan de ingangen aangeboden worden of de signalen die uit de PLC-uitgangen komen, kunnen allerlei waarden aannemen tussen bepaalde grenzen. Enkele voorbeelden: 0 – 20 mA 4 – 20 mA 0 – 10 V 4 – 10 V

1.4 Aansluiten van de digitale ingangen DOELSTELLINGEN 1 Weten dat je op een digitale PLC-ingang 24 V moet aansluiten om de status “1” te maken. 2 Het begrip status omschrijven. 3 De status van een ingang geven als de toestand het schakelelement gekend is. 4 Weten hoe je kunt zien op de ingangsmodule of de status van een ingang “1” is. 5 Op een gegeven figuur schakelaars en sensoren aansluiten op de PLC-ingangen. 6 Verschillende soorten sensoren in een aansluitschema tekenen.

36

DEEL B


1.4.1 Algemeen ingangen (schakelelementen)

uitgangen (verbruikers)

24 V +

PLC

Fig. 6 Bij de SIEMENS PLC schakelen de schakelelementen het positief potentiaal van de 24 V door naar de ingangen. De status of de toestand van de ingang is dus “1” als er op de ingang 24 V aanwezig is. Bij ander PLC’s zoals de OMRON PLC kan het ook de massa of het nulpotentiaal van de 24 V zijn.

1.4.2 Status of toestand van een in- of een uitgang De status geeft de huidige logische toestand (O of 1) aan van een ingang, een uitgang, een geheugen,... Als I 0.0 status 1 heeft, betekent dit dat er aan die ingang een signaal 1 (24 V) aanwezig is. Als I 0.1 status 0 heeft, zal het schakelelement dat aan die ingang aangesloten is geopend zijn (0 V). Q 2.0 heeft status 1 als die uitgang de verbruiker schakelt.

Status 0: spanning niet aanwezig Status 1: spanning aanwezig

37

DEEL B


Oefening 1: Vul de status in

Schakelelement NO NG

Spanning aanwezig? Ja/neen

Bediend of niet bediend

status 0 of 1

bediend niet bediend bediend niet bediend

1.4.3 Aansluiten van tweedraadse schakelelementen

L

N

PE

L+ 24 V M S2

I 124.0 I 124.1

CPU

I 124.2 I 124.3

Fig. 7 Aansluiting tweedraadse schakelelementen aan de inputeenheid

www

Figuur met animatie op de website!

Als je het schakelelement sluit, wordt de 24V+ aan de ingang geschakeld. De bijhorende LED licht op. Men zegt dan dat de toestand of de status van die ingang “1” is. Als het schakelelement open is, zal de LED niet branden, zodat je weet dat de toestand of de status van die ingang “0” is. Tweedraadse sensoren worden op dezelfde wijze aangesloten. Oefening 2: Sluit op I 124.2 een eindstandschakelaar S3 aan.

38

DEEL B


1.4.4 Aansluiten van driedraadse sensoren

L

N

PE

B1 Bn

L+ 24 V

Bw

M

Bk S2

I 124.0 I 124.1

CPU

I 124.2 I 124.3

Fig. 8 Aansluiting van een driedraadse inductieve sensor Een driedraadse sensor heeft een voedingsspanning nodig om te kunnen werken. Bij een driedraadse sensor moet je daarom zowel de 24V+ (bruine draad) als de M of het nulpotentiaal (blauwe draad) van de 24 V DC-voeding op de sensor aansluiten. De schakeldraad (zwarte of witte draad) verbind je met de ingang van de PLC.

1.4.5 Symbolen van sensoren In de figuur op de volgende bladzijde zie je hoe je verschillende sensoren kunt voorstellen: a) b) c) d) e) f)

een inductieve sensor een capacitieve sensor een ultrasone sensor een optische sensor met afzonderlijke zender en ontvanger een optische sensor met reflector een optische sensor met objectreflectie

www

Op de website vind je foto’s, aansluitschema’s, info over soorten sensoren, enz.

39

DEEL B


a OF

b

c

d

IR

IR

e

IR

f

IR

Fig. 9 Verschillende sensoren

1.5 Aansluiten van de digitale uitgangen DOELSTELLINGEN 1 2 3 4

Op een gegeven figuur verbruikers aansluiten op relaisuitgangen. Op een gegeven figuur verbruikers aansluiten op transistoruitgangen. Weten hoe je op de uitgangsblok kunt zien of de status van een uitgang “1” is. Uitleggen waarom transistoruitgangen die inductieve verbruikers schakelen vlug stuk kunnen gaan. (U) 5 Op een schema verduidelijken hoe je kunt voorkomen dat transistoruitgangen bij het schakelen van inductieve verbruikers vlug stuk gaan. (U)

40

DEEL B


1.5.1 Aansluiten van relaisuitgangen

2L1

Q: com Q 124.0

2N

K1

Q 124.1 CPU

Q 124.2 Q 124.3 Q 124.4

Fig. 10 Relaisuitgangen met een gemeenschappelijke klem

www

• Figuren met animatie op de website! • Aansluitschema voor gescheiden uitgangen

In figuur 10 is er voor elke PLC-uitgang één klem. De inwendige relaiscontacten zijn aan één zijde met elkaar verbonden. Die gemeenschappelijke aansluiting is gemaakt op de klem Q:com. De verbruikers die je aansluit op de PLC-uitgangen moeten daardoor allemaal op de zelfde spanning werken. Je hebt een externe spanningsbron nodig om de verbruikers van spanning te voorzien. Welke soort spanningsbron je gebruikt, hangt af van de werkspanning van de verbruikers. Aan de LED kun je zien of een uitgang geschakeld wordt. Als de LED oplicht, is de uitgang ingeschakeld. Men zegt dat de toestand of de status van die uitgang “1” is. Als de LED niet brandt, is de toestand of de status van die uitgang “0” . Oefening 3: Sluit in fig. 10 op Q 124.2 een controlelamp aan en op Q 124.4 een elektroventiel.

1.5.2 Aansluiten van transistoruitgangen In de uitgangsmodule worden transistoren in geleiding gebracht. De transistor die in geleiding is, schakelt de inwendige 24 V-voeding door naar de aansluitklem van de uitgang. Je kunt alleen verbruikers voor een voedingsspanning van 24 V DC gebruiken.

41

DEEL B


Q: com

F1 K1

Q 124.0 Q 124.1

CPU

Q 124.2 Q 124.3 Q 124.4

Fig. 11 Transistoruitgangen

www


Oefening 4: Sluit in fig. 11 op Q 124.1 een controlelamp en op Q 124.3 een elektroventiel aan.

1.5.3 Beveiligen van transistoruitgangen (U) Inductieve verbruikers wekken een hoge inductiespanning op bij het uitschakelen. Om te voorkomen dat die hoge inductiespanningen de transistoren stuk maken, moet je parallel over de verbruiker een netwerkje met een diode en weerstand plaatsen.

Q: com

F1 K1

Q 124.0 Q 124.1

V

R

Q 124.2 Q 124.3 Q 124.4

Fig. 12 Beveiligen van transistoruitgangen

42

DEEL B

www



Als de transistor van uitgang Q124.0 schakelt, krijgt de spoel van K1 spanning. Diode V parallel over K1 spert. De stroom gaat door de spoel van K1. Als de transistor de uitgang uitschakelt, wordt er in K1 een inductiespanning Ez opgewekt. De diode is voor die spanning in doorlaatzin geschakeld. De hoge inductiespanning stuurt een stroom door R totdat de inductiespanning ongeveer 0 V is.

43

NUR 178

Recommend Documents